电工电子实验之运算放大器的非线性应用

电工电子实验之运算放大器的非线性应用第1页，课件共32页，创作于2023年2月实验目的1、掌握集成运算放大器的非线性使用方法。2、理解集成运算放大器的非线性应用的电路原理。第2页，课件共32页，创作于2023年2月

集成运算放大器，有三级：输入级、中间级和输出级。是一种直接耦合的高增益的放大器，Aud可以达到上千。如果在其外围加上负反馈，可以实现信号的运算，处理，波形的产生和信号的变换等功能，应用十分广泛。

为了分析方便，把实际运算放大器简化成理想运算放大器。运算放大器第3页，课件共32页，创作于2023年2月一、理想运算放大器概念1.开环差模电压增益Aud→∞；2.差模输入电阻Rid→∞3.差模输出电阻Rod→04.KCMR→∞5.输入失调电流IIO、失调电压UIO和它们的温漂均为零；6.输入偏置电流IIB=07.3dB带宽BW=∞第4页，课件共32页，创作于2023年2月运算放大器的两种基本反馈组态1、运算放大器的开环传输特性(a)运算符号；(b)开环传输特性

第5页，课件共32页，创作于2023年2月(1)“+”表示同相输入端，表明从该端输入的信号输出为同相放大。(2)“−”表示反相输入端，表明从该端输入的信号输出为反相放大。(3)集成运放是高增益的直接耦合放大器。其开环放大倍数非常大。说明第6页，课件共32页，创作于2023年2月二、理想运算放大器特性1.“虚短”特性当运放工作在线性状态时，由于所以：2.“虚断”特性当集成运放工作在线性状态时，所以：第7页，课件共32页，创作于2023年2月三、运算放大器非线性应用电路（一）.方波发生器方波发生器第8页，课件共32页，创作于2023年2月1、分析

(1)R、C作为积分电路,即:定时电路.(2)从电路结构看,它由一个迟滞比较器和RC充放电电路组成.其中迟滞比较器作为状态记忆电路,RC作为定时电路.(3)电路的正反馈系数F为:第9页，课件共32页，创作于2023年2月Uo=Vz+UDoN强调:

在低频范围(如10HZ～10KHZ)内,对于固定频率来说此电路是一较好的振荡电路.当振荡频率较高时,为了获得前后沿较陡的方波,以选择转换速率较高的运放为宜.(4)电路的工作原理充电+放电+第10页，课件共32页，创作于2023年2月(5)电容器端电压随时间变化规律为第11页，课件共32页，创作于2023年2月（6）R3的作用R3为稳压管的限流电阻.∵Dz=3V,其额定功率为0.5W,使用它时,一般取它的1/10,即:0.5W/10=0.05W。这样可算出其额定最大IDzmax=0.05/3V≈17mA,由手册上给出一般稳压管的IDzmax=10mA。因此，0.05W/(10mA)2=500Ω=Rimin。如取IDz=8mA，则R=5V/8mA=0.625K,取R=620Ω。第12页，课件共32页，创作于2023年2月注:讨论:①IDz大,则充电电流大,则产生的C(结电容小),输出矩形波的上升沿陡直.②IDz小,则充电电流小,则产生的C(结电容大),输出矩形波的上升沿较缓.③IDz的取值在3mA～10mA范围,都可使稳压管正常工作.但由①和②的分析可知,IDz取得大一些,即:R3小一些为好。第13页，课件共32页，创作于2023年2月第14页，课件共32页，创作于2023年2月三、实际测量第15页，课件共32页，创作于2023年2月（二）.文氏桥正弦波振荡器第16页，课件共32页，创作于2023年2月1、原理分析首先讨论正反馈网络：第17页，课件共32页，创作于2023年2月幅频特性和相频特性表达式为

其中第18页，课件共32页，创作于2023年2月

RC串并联网络令：第19页，课件共32页，创作于2023年2月第20页，课件共32页，创作于2023年2月根据相位平衡条件，当ω=ωO时，为正反馈。因此振荡频率为：当ω=ωO时，F=1/3。根据相位起振条件求振荡频率ωOSC第21页，课件共32页，创作于2023年2月由振幅起振条件求开环增益A将正反馈环断开得到开环电路：同相放大器得到：A>3因此：第22页，课件共32页，创作于2023年2月 通常R1或者Rf为热敏电阻。起到外稳幅的作用：

R1是正温度系数,Rf是负温度系数。Rf和R1引入的电压串联负反馈有助于改善波形减小失真。稳幅过程：UO↑

负反馈电流↑

T↑

R1↑、

Rf↓

负反馈↑

UO↓文氏电桥振荡器信号波形质量和稳定性好，故得到了广泛的应用。第23页，课件共32页，创作于2023年2月电路中D1和D2的作用是什么？为使电路起振R3、RW和R4应满足什么条件？正反馈支路负反馈支路稳定输出幅度电阻不能太大调节Auf使电路容易起振第24页，课件共32页，创作于2023年2月C1、C2、R1、R2构成文氏桥电路，则有C1=C2，R1=R2

电路中要满足电路的起振条件，则要求：Au·Fu≧1第25页，课件共32页，创作于2023年2月则R4≈10rDr,其中rDr为D1、D2内阻，（R4‖rDr‖rDr≈

rDr）

约为：几十～几百欧，则取R4=2.2KΩ。R3≦1/2（RW+R4）取R3=10KΩ

，RW=22KΩ电位器。第26页，课件共32页，创作于2023年2月第27页，课件共32页，创作于2023年2月第28页，课件共32页，创作于2023年2月电源输出接口打开电源开关电源指示灯亮调整电压到“12V”万用表测量为准！限流旋钮调整到最大实验箱双电源的接法第29页，课件共32页，创作于2023年2月四运放管脚图TL084、LM324第30页，课件共32页，创作于2023年2月运放的检测电路当Uo=Ui1时，运放是好的。第31页，课件共32页，创作于2023年2月实验报告要求实验名称；实验目的；实验仪